论述石油化工装置安全仪表系统的设计

摘要：石油化工装置安全仪表系统对石油化工装置安全运行负有重要监测、预警作用，因此，在设计时必须坚持科学、高标准，提高安全等级，在确保系统自身安全运行的同时，提高仪表系统的监测精度，缩短安全状态预警响应时间。本文首先介绍了石油化工装置安全仪表系统设计应当遵循的基本原则，继而探讨了石油化工装置安全仪表系统的设计，最后简要阐述了 SIS的系统评价。

关键词：石油化工装置，安全仪表系统，设计

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

前言

安全仪表系统（SIS）是一种安全系统，其应用于工业生产过程中，对设备可能发生的危险或不采取措施将继续恶化，按照规定及时响应和保护使生产装置按程序退出，使风险降低到最低限度，以确保人员安全，防护设备或避免对周围环境的污染。

1、石油化工装置安全仪表系统设计应当遵循的基本原则

1.1 确保仪表系统可靠准确

由于石油化工装置安全仪表的独特作用，设计的仪表系统，必须确保系统能够长期安全、可靠、稳定运行，这是设计石油化工装置安全仪表系统应当遵循的一条重要原则。这就要求在进行设计时，要在系统设计、元器件选择、软件编程上要统筹全面考虑，以确保仪表系统绝对安全可靠。比如：必须确保仪表在正常条件下可以安全运行，同时，在误操作、出现供电故障等非常情况下，系统也能够安全运行。

1.2 确保仪表功能健全稳定

充分发挥石油化工装置安全仪表的功能，最大限度地满足化工行业对仪表监测数据、安全预警等方面的需求，确保石油化工装置安全仪表功能健全、系统稳定，这也是石油化工装置安全仪表系统设计的重要原则之一。在进行石油化工装置安全仪表设计时，相关设计人员必须要深入研究系统的基本情况，对生产现场进行现场查看，准确把握仪表工作现场的基本情况，以确保所设计仪表功能完备，具有良好的适应性。

1.3 SIS系统冗余原则

对于SIS系统,不管是硬件还是软件,一般都采用冗余结构,但冗余结构元件必须是可靠的,以防降低系统的可靠性。系统常采用的冗余方法有:在知道参数间有一定的关系的情况下,可以使用不同的测量方法;对同一变量采用不同的测量技术;对冗余结构的每一个通道,采用不同类型的可编程电子系统;¼采用不同的地址。选用SIS结构时,有以下方面的内容是必须确

认:选择励磁停车或非励磁停车设计方式;选择同类还是不同类的冗余检测元件,逻辑运算器和最终控制元件;选择什么样的冗余能源和系统电源;选择好操作员接口部件以及它们连接到系统的方法;选择好SIS与其他子系统(如DCS)的通讯接口和通讯方式;考虑系统元件的故障率;考虑诊断覆盖率;考虑好测试间隔。

1.4 安全故障型原则

SIS应该是安全故障型的。SIS的检测元件以及最终执行元件在系统正常时应该是励磁的,在系统不正常时应该是非励磁的,即非励磁停车设计。一个理想的SIS应该具有100%可用性。但由于系统内部的故障概率不能等于零,因此不可能得到可用性为100% SIS。SIS的设计目标应该为:当出现故障时,系统能自动转入安全状态,即故障安全系统,从而可以避免由于SIS自身故障或因停电、停气而使生产装置处于危险状态。

1.5 确保仪表易于维护与扩展

石油化工行业对安全性具有特殊的要求，这就要求必须要加强对仪表的维护与保养，所选用的仪表要易于安装、便于使用，安全运行周期长、维护简便。在满足仪表监测、预警要求的前提下，要尽可能减少系统仪表安装数量，而且要降低系统安装建设成本，提高系统的经济效益。

1.6确保仪表系统绝对安全

石油化工工业是基于流程的特殊行业，所选用的生产材料一般均为危险化学品，产品也多为易燃易爆品，生产环境较为恶劣，大多为高温高压环境，极易引发各类安全事故。随着石油化工装置的自动化、现代水平越来越高，对产品的精细化作业越来越广泛，生产作业条件越来越安全临界点，从而可能引发危险的可能性也在不断增加，这种严峻形势下，对石油化工仪表系统提出了更高的安全要求。在进行仪表系统设计时，必须确保仪表系统绝对安全，进而确保整个系统的绝对安全。

2、石油化工装置安全仪表系统设计

石油化工装置安全仪表系统，主要用于实现1 个或多个安全仪表功能。安全仪表系统主要包括传感器 （Senso）r、逻辑运算器 （Logics olve ）r 和最终执行元件（Finale le m e n）t 组成，这也是石油化工装置安全仪表系统设计的重点。

2.1 检测传感元件设计

安全仪表系统检测、传感元件是石油化工装置安全仪表系统的重要组成部分，其性能直接决定着整个系统的安全与检测精度。在进行检测传感元件设计时，要遵循独立设置原则，就是1 级SIS 传感器可与DCS 共用，2 级 SIS 传感器宜与 DCS 分开，3 级 SIS 传感器应与 DCS分开。遵循冗余设置原则，即1 级SIS 传感器可采用单一的传感器，2级SIS 传感器宜采用冗余的传感器，3 级SIS 传感器应采用冗余的传感器。同时要遵循冗余选择原则，即保证系统的安全性时，采用“或”逻辑结构；保证系统的可用性时，采用“与”逻辑结构；当系统的安全性和可用性均需保证时，采用“三取二”逻辑结构；传感器宜采用隔爆型的变送器，不宜采用开关型传感器；传感器选由SIS 系统供电。

2.2 系统的逻辑运算器设计与选用

SIS 逻辑运算器主要包括：继电器系统，可编程序电子系统，混合系统三种类型。继电器主要用于逻辑功能较简单的场合；可编程电子系统用于逻辑功能复杂，与DCS、MES 通信等场合；可编程电子系统可以是经TUV认证的PLC系统，也可是DCS 和其他专用系统。依据独立设置原则：1 级SIS 逻辑运算器宜与DCS 分开；2 级SIS 逻辑运算器应与DCS 分开；3 级SIS 逻辑运算器必须与DCS 分开。依据冗余设置原则：1 级SIS 可采用单一的逻辑运算器；2 级SIS 宜采用冗余或容错逻辑运算器；3 级SIS 应采用冗余容错逻辑运算器。

2.3 执行元件的联锁保护设计

保护系统是系统安全的保护伞，可以在发生相关危险时，快速做出反应，采取相应措施减少发生事故的概率。执行元件联锁保护机构主要用于对相关工艺设备及产品流程控制上，实现对过程流量的监测与控制。一旦出现外部条件或过程参数超出了安全操作范围，执行元件联锁保护装置将对动作，自动调整相关机构，使流量等回归安全态势，以确保系统安全

3、 SIS的系统评价

SIS是为生产过程的安全而设置的,在工艺参数偏离允许范围时系统必须正确无误地执行安全程序。其可靠性(可用度)和安全性(故障安全)是评价SIS好坏的两个重要指标。但是可用度并不代表系统故障安全。它们的区别在于:可用度是基于导致系统停车的故障进行计算的,可是对引起系统进入安全状态的故障和引起系统进入危险状态的故障是不区别的,它是系统故障频度的度量;故障安全是指系统在故障时按己预知的方式进入安全状态。高可用度的的重要性在于系统很少出现进入安全状态或危险状态的故障;故障安全的重要性在于即使系统出现故障,也不会出现灾难性事故。一个好的SIS,既应该有较高的可靠性,又具有很高的安全性

结束语

本文对SIS系统的选用原则、系统评价以及石油化工装置安全仪表系统设计进行了分析, ,在SIS系统设计中,引入了安全等级的概念,就是要求设计人员在对一个具体生产装置SIS设计时,首先应该对其安全等级要求进行评估,确定其属于哪一个安全等级范围,以避免设计的盲目性,造成不必要的浪费。

参考文献

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